PLC在鍋爐控制中的應(yīng)用

1、PLC在鍋爐控制中的使用引言可編程序控制器(Programmablelogiccontoroller)簡(jiǎn)稱PLC是以微處理器為核心，用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，由于PLC廣泛采用微機(jī)技術(shù)，使得PLC不僅具有邏輯控制功能，而且還具有了運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳送等功能。目前城市供暖的鍋爐在啟停和運(yùn)行的過(guò)程中都需要精確的實(shí)時(shí)控制，大多數(shù)鍋爐系統(tǒng)的控制還采用繼電器邏輯控制。這類系統(tǒng)自動(dòng)化程序很低，大部分操作還是由手動(dòng)來(lái)完成，只能處理一些開關(guān)量問(wèn)題，無(wú)法處理系統(tǒng)的模擬量，即使控制一些開關(guān)量，其電氣線路復(fù)雜，可靠性不高，不便維護(hù)，實(shí)際鍋爐系統(tǒng)控制中每臺(tái)爐就需要一套繼電器控制系統(tǒng)，而采用西門子S7-400系列可編程

2、控制器設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在大慶采油十廠油改煤工程中使三臺(tái)20T水爐的系統(tǒng)自動(dòng)控制，并且實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化控制。2系統(tǒng)硬件構(gòu)成上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件部分采用siemens觸摸屏式工控機(jī)，上位監(jiān)控組態(tài)軟件采用siemens公司wincc進(jìn)行組態(tài)。熱源部分的控制系統(tǒng)采用siemens公司的大型雙冗余PLC可編程控制器S7-400H通過(guò)雙冗余光纖環(huán)網(wǎng)以100MBPS勺速率和上位工控機(jī)相連利用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通過(guò)組件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，鍋爐房各模塊及水處理間控制模塊間通過(guò)ProfiBus現(xiàn)場(chǎng)總線相連，水處理間配以可操作的siemens的觸摸屏。熱力站的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用siemens公司的S7-3

3、00系列PLC通過(guò)MODE市話撥號(hào)的方式以9600BPS的速率和控制中心相連，熱力站數(shù)據(jù)通過(guò)siemens觸摸屏，可在熱力站當(dāng)前顯示，系統(tǒng)硬件圖如圖13系統(tǒng)的功能3.1監(jiān)控功能系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，上位機(jī)將下位機(jī)采集上來(lái)的鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)和熱力站傳送上來(lái)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，通過(guò)上位機(jī)的分析，判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力、液位、流量、煙氣含氧量等工藝過(guò)程參數(shù)的模擬動(dòng)態(tài)顯示，通過(guò)下位機(jī)的反饋至上位機(jī)的信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表、風(fēng)機(jī)、水泵及上煤系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。用產(chǎn)地通過(guò)上位機(jī)手動(dòng)和自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)，水泵的啟、停控制。系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)儀表，電氣設(shè)備配合可實(shí)現(xiàn)多變量閉環(huán)調(diào)節(jié)（如送風(fēng)變頻控制、引風(fēng)機(jī)變頻控制、給煤機(jī)變

4、頻控制）和聯(lián)鎖控制（如上煤聯(lián)鎖控制）K'lFCJaniI=口1_|V-M>IT-WaniI=口1_|V-M>IT-W圉】聚統(tǒng)理件圖3.2調(diào)節(jié)控制功能供暖燃煤鍋爐是一種多變量系統(tǒng)，被控量之間的關(guān)系耦合程度高，因此本套系統(tǒng)配以優(yōu)化的控制軟件，該套軟件以供水溫度、煙氣氧量、爐膛負(fù)壓等為控制指標(biāo)，室外溫度為補(bǔ)償量，同時(shí)具有PID控制，通過(guò)配置風(fēng)煤化，前饋系統(tǒng),來(lái)加大或解除給煤調(diào)節(jié)，送風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)和引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)輸出間的前饋聯(lián)鎖，以求取給煤量，送風(fēng)量和引風(fēng)量的最佳控制參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)燃燒的最優(yōu)控制?？紤]到鍋爐的此三環(huán)節(jié)的對(duì)象為電機(jī)，所以PID手/自動(dòng)切換時(shí)，加有無(wú)擾動(dòng)切換。3.3報(bào)警功能系統(tǒng)具

5、有故障報(bào)警（風(fēng)機(jī)、水泵、上煤系統(tǒng)等的啟、停故障等）和超限報(bào)警（高、低液位、壓力、流量、溫度報(bào)警及用戶指定的其它參數(shù)報(bào)警）。3.4上煤聯(lián)鎖功能本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作，計(jì)算機(jī)聯(lián)動(dòng)和自動(dòng)控制。3.5數(shù)據(jù)報(bào)表記錄功能可根據(jù)用戶的要求，對(duì)熱網(wǎng)的供、回水流量、溫度、壓力、爐膛負(fù)壓等工藝參數(shù)及電機(jī)負(fù)載情況，報(bào)警記錄形成報(bào)表匯總。3.6數(shù)據(jù)查詢計(jì)劃，打印功能，用戶對(duì)記錄的報(bào)表數(shù)據(jù)，報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、打印。3.7曲線功能對(duì)用戶關(guān)心的溫度、流量等信號(hào)，系統(tǒng)以實(shí)時(shí)，歷史趨勢(shì)曲線的形式直觀地表示出來(lái)。3.8壓力棒圖功能系統(tǒng)可根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)顯示整個(gè)熱力管網(wǎng)的供水水壓圖，煙壓力和風(fēng)壓圖，用以監(jiān)測(cè)網(wǎng)的不利點(diǎn)，便于供熱調(diào)度。

6、3.9遠(yuǎn)程通訊功能熱力站和控制中心通過(guò)調(diào)制解調(diào)器可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。3.10冗余功能為保障系統(tǒng)運(yùn)行的可靠，計(jì)算機(jī)測(cè)控通訊網(wǎng)采用雙冗余光纖環(huán)網(wǎng)，當(dāng)一條網(wǎng)絡(luò)線出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)影響系統(tǒng)正常工作。兩臺(tái)上位機(jī)同為服務(wù)器，測(cè)控?cái)?shù)據(jù)存于S7-400控制器中，使兩臺(tái)上位機(jī)數(shù)據(jù)同步，兩臺(tái)位機(jī)為對(duì)等關(guān)系，當(dāng)一臺(tái)主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)照樣運(yùn)行，不受影響。下位機(jī)控制器也采用雙冗余控制器，以保障系統(tǒng)不間斷地進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制器外圍供電電源也采用雙冗余工業(yè)電源，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)持續(xù)，穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。3.11密碼功能為防止非專業(yè)人員隨意改動(dòng)參數(shù)，造成對(duì)鍋爐操作的誤動(dòng)作，該系統(tǒng)可配制幾個(gè)操作員密碼，操作員可以鍵入

7、唯一的標(biāo)識(shí)符和口令進(jìn)入較高級(jí)的系統(tǒng)修改參數(shù)。4系統(tǒng)控制框圖系統(tǒng)控制框圖如圖2。fl-系統(tǒng)控制摩該系統(tǒng)是控制3臺(tái)由長(zhǎng)春鍋爐廠出產(chǎn)的新型速熱型DEL14-1625/115/70-AU熱水爐，其特點(diǎn)為升溫快，反應(yīng)迅速，其燃燒過(guò)程為煤從煤斗落在爐排上，由爐排電機(jī)帶動(dòng)燃燒邊前進(jìn)?？諝庥晒娘L(fēng)機(jī)經(jīng)空氣預(yù)熱器后為一，二次風(fēng)吹進(jìn)爐膛，使煤燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔猓褵崃總鬟f給對(duì)流管，煙氣在經(jīng)過(guò)除塵器由引風(fēng)抽出排入大氣。5系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)5.1模擬量采集和濾波本系統(tǒng)要采集現(xiàn)場(chǎng)的模擬量（如壓力、溫度等）以送PLC中處理?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境的惡劣，變送器送入AI模塊的電流值存在波動(dòng)和尖峰干擾等情況，因此通過(guò)AI模塊采集回來(lái)的數(shù)

8、值不能直接為CPU所用，必須經(jīng)過(guò)濾波處理，濾掉各種波動(dòng)和干擾等信號(hào)，同時(shí)考慮到本系統(tǒng)為慣性系數(shù)較大的系統(tǒng)，故采用取平均值的辦法進(jìn)行濾波，主程序在每個(gè)掃描周期調(diào)用一次子程序進(jìn)行模擬量的采集和濾波處理，處理的結(jié)果安全交給主程序使用。本系統(tǒng)采用“AI331”模塊，該模塊的轉(zhuǎn)換結(jié)果為12bit，在模擬量采集的子程序中將每次的采集量累加進(jìn)入累加器中，當(dāng)采集次數(shù)達(dá)到預(yù)置值后，將累加器中的值取均值，作為本次采集的最終結(jié)果送主程序使用。5.2實(shí)施優(yōu)化采樣時(shí)間（系統(tǒng)）取20S爐膛溫度取爐排轉(zhuǎn)過(guò)5m內(nèi)的平均值，根據(jù)鍋爐的過(guò)?？諝庀禂?shù)丫設(shè)定氧含量的設(shè)定值，根據(jù)爐膛溫度設(shè)定風(fēng)煤比的上、下限，爐排轉(zhuǎn)速的上限，根據(jù)氧含量偏差改變風(fēng)煤比的設(shè)定值，這些值的更新周期為5m在該系統(tǒng)投運(yùn)期間操作者還可以改變氧含量的同煤比的設(shè)定值，系統(tǒng)在將現(xiàn)有的設(shè)定值基礎(chǔ)上，向由優(yōu)化算法得出的設(shè)定值以一定的步長(zhǎng)接近，而不是直接設(shè)為算法得出值。這樣可以根據(jù)操作者的經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化以指導(dǎo)，使操作系統(tǒng)有足夠的影響力，又使設(shè)定值的改變循序漸進(jìn)，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，軟件結(jié)構(gòu)流程圖如JJRUT蜀比tF務(wù)序，占4P?MA«由6結(jié)束語(yǔ)本系